󰀁󰀁2)󰀁可平滑无级调节泵速,在油井供液不足时

能保持井下液位基本不变。一方面避免了电潜泵空

抽,提高了泵效;另一方面提高了潜油电机的负载

率,避免了抽油机󰀂大马拉小车 的状况,使电潜泵功

效和功率因数都得到提高,大幅度降低了电能消耗,

增产节能效果显著。

3)󰀁提高了电潜泵的网侧功率因数。

4)󰀁负载动态跟踪优化控制和线路压降自动补

偿功能的节电效果显著。针对电潜泵的负载特点和

特殊工况,通过实时检测电机的负载状况和特定的

动态跟踪调压优化控制算法,改善了电机的工作状

态;自动调节线路补偿电压,提高了工作效率,实现

了抽油机节能的动态跟踪控制。

5)󰀁变频/工频运行方式的自动和手动切换控

制功能方便、灵活。

6)󰀁电潜泵在井下供液严重不足导致电机过轻

载运行和因泥砂、石块阻塞油泵或其他机械故障导

致过载自动停机时,本项目具有欠电流保护和过电流保护功能。

移相组合式多电平变频调速装置与电潜泵控制

的结合不仅可以提高油井采收率和增产节能,而且

可以大幅度降低维修和运行费用,节约采油成本,保

证电潜泵的可靠运行。

参考文献:

[1]󰀁张全胜.潜油电泵系统的故障树分析[J].石油矿场机

械,2008,37(4):47󰀁50.

[2]󰀁石在虹,李󰀁波,崔󰀁斌,等.电潜泵井生产动态分析

[J].石油学报,2003,24(1):100󰀁104.

[3]󰀁管虹翔,李成见,李󰀁萍,等.变频条件下电潜泵井的产

量调节能力研究[J].石油机械,2008,36(2):59󰀁62.

[4]󰀁马宝祥,刘继成,赵丽丽,等.采用评点法评定潜油电泵

系统的风险等级[J].石油矿场机械,2007,36(5):

104󰀁106.

[5]󰀁徐甫荣.中高压变频器的分类和比较[J].电工技术,

2004(9):1󰀁4.

󰀁󰀁收稿日期:2008󰀁12󰀁01

作者简介:尹晓丽(1985󰀁),女,山东临沂人,硕士研究生,现从事石油钻采机械和海洋石油装备的研发工作,E󰀁mail:yinxl.happy@163.com。文章编号:1001󰀁3482(2009)07󰀁0042󰀁05

钻杆自动传送系统及设计方案

尹晓丽,牛文杰,张中慧

(中国石油大学(华东)机电工程学院,山东东营257061)

摘要:介绍了国内外陆地钻井平台和海洋钻井平台󰀁钻井船用钻杆自动传送系统的发展现状,重点

分析了OIL公司和TESCO公司钻杆自动传送系统的性能特点。在分析陆地钻机结构型式和目前

国外常用钻杆自动传送设备的基础上,提出了适用于陆地钻机的举升式和提升式2种钻杆自动传

送系统的设计方案。

关键词:钻杆;自动传送系统;发展现状;设计方案

中图分类号:TE928󰀁󰀁󰀁文献标识码:A

AutomaticTransferringSystemofDrillPipeandDesignTentative

YINXiao󰀁li,NIUWen󰀁jie,ZHANGZhong󰀁hui

(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,ChinaUniversityofPetroleum,Dongying257061,China)

Abstract:Thispaperintroducesdevelopmentofthedrillpipeautomatictransferringsystemthat󰀁2009年第38卷󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁石油矿场机械󰀁第7期第42页󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁OIL󰀁FIELD󰀁EQUIPMENT󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2009,38(7):42~46󰀁appliedintoday!slandrigsandmarinedrillingrigs,andanalysesperformancecharacteristicof

thepipeautomatictransferringsystemthatdevelopedbyOILandTESCO.Attheendofthispa󰀁

per,twotypesofpipeautomatictransferringsystemsthatdesignedonthebasisofthestructural

propertyofthelandrigsandsimilarautomatictransferringapparatusabroadwerelisted.

Keywords:drillpipe;automatictransferringsystem;development;designtentative

󰀁󰀁钻杆自动传送系统(PipeAutomaticTransfer󰀁

ringSystem)是海洋钻井平台󰀁钻井船重要的井口机

械化设备之一。该系统能在钻井作业中将管状类钻

具(钻杆、钻铤、套管等)由钻井平台甲板或地面钻杆

排放架自动传送至钻台,在完井作业时再将管具输

送至甲板或地面排放架[1]。代替了传统的用钢丝绳

提吊和甩下钻杆的钻杆上、下钻台高危险操作,并结

合液、气、电和微机控制,实现钻具在钻台与地面之

间的自动输送、排放、储运等。同时,通过远程控制

区的监控系统,可实时显示和记录作业工序、设备状

况以及对钻具的定位和系统化管理[2]。

钻杆自动传送系统主要包括机械化、远程控制、

半自动化和自动化4个关键环节。机械化改变了传

统的用人工提升卡瓦和钻杆的操作方式;半自动化

系统利用信息技术和智能控制系统改变了现有的管

具处理系统,可减少操作工人数;在钻井作业的同

时,远程控制接立根、自动传送和排放钻杆等操作可

大大节省钻井时间。管具处理系统正在成为深水钻

井设备设计的工业标准。

1󰀁国内外发展现状

钻杆自动传送系统是自动化钻井的重要组成部

分,早在20世纪40年代,国外就开展了钻杆自动传

送系统机械化研究。Humbleoil和ByronJackson

公司联合研制了半自动化钻杆处理系统,是由司钻

和井架工共同操作[3]。1956年,第1套卧式钻杆排放系统安装在CUSS󰀁1钻井船上,该系统由钻杆移

运臂和水平传动链组成。从20世纪60年代以来,

钻井工业界一直在通过开发新工具、新系统来尝试

着改进钻井程序。Sedco&Forex公司设计的第5

代海上半潜式钻机实现了机械化管材移放作业,不

仅加快了钻井速度,保障了人员安全,而且总建井时

间减少25%,成本减少30%。到20世纪90年代,

该技术趋于成熟并开始广泛应用。2001年,由英国

石油公司与PAT公司共同研制了轻型自动化钻井

系统(LADS)[4],与相同功率常规钻机相比,新式钻

机质量还不到常规钻机的1/2,仅需1人即可在计

算机控制室完成所有钻井、起下钻及水平排立管柱

作业。目前,在钻杆传送系统方面技术比较先进的

主要有美国OIL(OilfieldInnovatorsLimited)公司

和TESCO公司,其研制出的一系列钻杆自动传送

系统已得到了广泛应用。

1.1󰀁OIL公司钻杆自动传送系统

OIL公司设计开发的PAL钻杆自动传送系统

与井架相互独立,自成模块,可满足远程控制的要

求,如图1。主要由钻杆输送设备、传送举升设备和

远程控制设备3部分组成。钻杆输送设备用于将钻

杆由排放架输送至钻杆传送设备;钻杆传送举升设

备用于接收钻杆,并在支撑液压缸的作用下举升并

沿底座导轨滑动,将钻杆输送至钻台;远程控制系统

主要完成钻杆上、下钻台的一系列操作过程的实时

控制,并确保传送过程快速、安全、平稳。

a󰀁钻杆自动传送系统󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁b󰀁钻杆举升设备󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁c󰀁车载式远程控制室󰀁

图1󰀁OIL公司PAL钻杆自动传送系统∀43∀󰀁第38卷󰀁第7期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁尹晓丽,等:钻杆自动传送系统及设计方案󰀁󰀁PAL钻杆自动传送系统两侧均可安放钻杆排

放架,在远程控制系统的操作下,该系统可以快速、

精确地实现钻杆的上、下钻台操作[3],不仅缩短了钻

井周期,同时也减轻了钻井工人的劳动强度,减少了

操作工人数。

PAL钻杆自动传送系统可传送󰀁52󰀂4mm

(2116英寸)油管、󰀁219mm(858英寸)套管以及

Range#和Range∃管具,由于其底座占地面积小,可用于陆地和海洋钻机。该系统安装简便、快捷,所有安

装步骤可在15min之内完成,节约了钻井时间。1.2󰀁TESCO公司钻杆自动传送系统

由TESCO公司开发研制的钻杆自动传送系统

目前已在CDR250HA和CDR150HA钻井平台得

到应用[5],如图2。该钻杆自动传送系统大量应用

了已开发的创新技术,包括先进的液压系统及电器元件,可编程逻辑控制等。这些创新技术的应用减

少了操作工人数,降低了钻井工作具有的潜在危险

性,提高了工作效率和安全性。

控制上有2种操作模式:一种是通过独立安装

在钻台面上的操作箱󰀁控制台来完成钻杆的自动传

送作业;另一种是将控制部分集成到地面车载控制

室内,由地面排管工人控制。

1.3󰀁国内研究现状

国内对钻杆自动传送系统的研究和应用较少,

只有兰州石油机械研究所、宝鸡石油机械有限责任

公司(原宝鸡石油机械厂)、大港油田有限责任公司

等单位做过一些设计和研究。对于钻杆的上钻台方

式,国内多年来一直用电动或气动小绞车吊运,钻杆

下钻台则用钢丝绳拉拽。钻杆自动传送系统在国内尚未投入生产和使用。

a󰀁钻机󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁b󰀁󰀁部件󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁c󰀁远程操控室

图2󰀁TESCO公司钻杆自动传送系统

2󰀁钻杆自动传送系统设计方案

针对国内钻井的需要,开展钻杆自动传送系统

的研究势在必行。本文通过借鉴国外钻杆自动传送

系统和同类起重、传送机构的结构特点,给出2种适

用于陆地石油钻机的钻杆自动传送系统设计方案。

2.1󰀁举升式钻杆自动传送系统

2.1.1󰀁结构及用途

举升式钻杆自动传送系统由钻杆运移系统、钻

杆举升系统和旋转门组成,如图3。

钻杆运移机构是该举升式钻杆传送系统的主要

组成部分,主要负责将排放架上的钻杆运移至钻杆

举升系统,并接收来自举升系统的钻杆,将其运移到

排放架上;钻杆举升系统是该系统的核心,主要完成

将钻杆举升至钻台和钻杆下钻台的操作;旋转门用

来提升钻杆至垂直位置并对准鼠洞。1%钻杆传送机构;2%钻杆举升机构;3%旋转臂夹具;

4%旋转门;5%水平横梁;6%钻台;7%导轨;8%液压系统

图3󰀁举升式钻杆自动传送系统总体布局∀44∀石油矿场机械󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2009年7月󰀁